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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

MECSOL 2022

8th International Symposium on Solid Mechanics

Topology Optimization Design of Acoustic-Poroelastic-Elastic Structures by the BESO Approach

Submission Author: Rodrigo Lima Pereira , DF
Co-Authors: Rodrigo Lima Pereira, Renato Pavanello
Presenter: Rodrigo Lima Pereira

doi://10.26678/ABCM.MECSOL2022.MSL22-0197

 

Abstract

Porous materials are constantly the subject of study in the automotive and aerospace industries due to its sound insulation capabilities, lightweight characteristics, and vast degree of applicability, for example. Nevertheless, its mathematical formulations still pose a challenge, especially when topology optimization algorithms are considered, as multiphysics components must be contemplated for an enhanced degree of real-world simulation. In this work the design of full modelled acoustic-poroelastic-elastic structures is formulated as a topology optimization problem. The Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) algorithm is employed to offer non-intuitive design options with clearly defined boundaries. Biot’s poroelasticity equations, expressed in the mixed u/p form, and the Finite Element Method (FEM) comprise the basic expressions adopted in the description of all mediums and multiphysics interface conditions. With this unified multiphase (UMP) approach, it is possible to degenerate the poroelasticity expressions into the well-known scalar Helmholtz or elasto-dynamic equations, depending on the need for describing acoustic or elastic elements, respectively, without even implementing further coupling conditions. Additionally, this work also adopts a multiphase material interpolation scheme, which allows for systematic material changes, with only the elemental design variable information as input, and no boundary tracking. As Transmission Loss (TL) values are common indicators of the capability of a system in attenuate sound, the topology optimization problem is defined as the maximization of TL values at a specific target frequency. The proposed approach is tested through numerical examples that show the efficiency of the methodology.

Keywords

Topology optimization, BESO method, multiphysics, Porous materials

 

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